(57)【要約】【課題】反応容器内で第１及び第２の原料ガスを反応させ、基板表面に薄膜を成膜する場合において、第１及び第２の原料ガスを、インジェクタの近傍で均一に混合してから基板に到達させることができ、成膜する薄膜の膜質、膜厚を基板間及び面内で均一に揃えることができる成膜装置を提供する。【解決手段】反応容器内に第１及び第２の原料ガスを吐出する第１及び第２のインジェクタ１１、１２を備え、第１及び第２のインジェクタ１１、１２は、第１及び第２の原料ガスを基板に向けて吐出する複数の第１の吐出口Ｎ１、Ｎ２が設けられ、第１の吐出口Ｎ１から吐出された第１の原料ガスの流路ＦＬ１が、対応する第２の吐出口Ｎ２から吐出された第２の原料ガスの流路ＦＬ２と略同一であり、第１の原料ガスは、第１の吐出口Ｎ１から吐出された後、基板に到達する前に、第２の原料ガスと混合されることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内で第１の原料ガス及び第２の原料ガスを反応させ、基板表面に薄膜を成膜する成膜装置であって、
前記反応容器内に設けられ、前記反応容器内に第１の原料ガスを吐出する第１のインジェクタと、
前記反応容器内に設けられ、前記反応容器内に第２の原料ガスを吐出する第２のインジェクタと
を備え、
前記第１のインジェクタは、前記第１の原料ガスを前記基板に向けて吐出する複数の第１の吐出口が設けられ、
前記第２のインジェクタは、前記第２の原料ガスを前記基板に向けて吐出する複数の第２の吐出口が設けられ、
前記第１の吐出口から吐出された前記第１の原料ガスの流路が、対応する前記第２の吐出口から吐出された前記第２の原料ガスの流路と略同一であり、
前記第１の原料ガスは、前記第１の吐出口から吐出された後、前記基板に到達する前に、前記第２の原料ガスと混合されることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第１のインジェクタは、前記第２のインジェクタの内部に収容されることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
互いに対応する前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口は、前記反応容器の長手方向に垂直な同一の面に設けられることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第２のインジェクタの内部に収容されるヒータを備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第２のインジェクタの外部に近接して配置されるヒータを備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ヒータは、前記第１の原料ガス及び前記第２の原料ガスを前記複数の基板の温度よりも高い温度に加熱することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型熱処理装置の反応容器内で基板表面に薄膜を成膜する成膜処理を行う成膜装置に係り、特に、反応容器内で第１の原料ガス及び第２の原料ガスを反応させ、基板表面に薄膜を成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスに用いられる材料は、近年無機材料から有機材料へと幅を広げつつあり、無機材料にはない有機材料の特質等から半導体デバイスの特性や製造プロセスをより最適なものとすることができる。
【０００３】
このような有機材料の１つとして、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドは密着性が高く、リーク電流も低いことから絶縁膜として用いることができ、半導体デバイスにおける絶縁膜として用いることも可能である。
【０００４】
このようなポリイミド膜を成膜する方法としては、原料モノマーとして無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ：Pyromellitic Dianhydride）と４，４'−オキシジアニリン（4,4'-Oxydianiline）を用いた蒸着重合による成膜方法が知られている。
【０００５】
このような成膜を行う成膜装置として、基板を酸化処理し、基板表面に酸化膜を形成する縦型熱処理装置の反応容器と同様の縦型の反応容器を用いる場合がある。縦型熱処理装置の反応容器は、所定のピッチで配列された複数枚の被処理体である基板を収容し、真空引き可能になされた縦型の石英製の反応管よりなる。また、縦型熱処理装置は、反応容器中に設けられ、被処理体である基板を収容する収容領域に酸化ガス等を供給するインジェクタを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
縦型熱処理装置と同様の構造を有し、縦型の反応容器を有する成膜装置において、原料としてＰＭＤＡ及びＯＤＡを用いてポリイミドの薄膜を成膜する場合、固体原料であるＰＭＤＡを昇華させて得られる第１の原料ガスと、液体原料であるＯＤＡを気化して得られる第２の原料ガスを、同時に成膜装置の反応容器中に供給し、反応容器中で第１の原料ガスと第２の原料ガスを反応させ、反応して生成する反応生成物よりなる薄膜を基板表面に成膜する。
【０００７】
縦型の反応容器を有する成膜装置に複数の原料ガスを供給する方式としては、インジェクタから反応容器内に第１の原料ガス及び第２の原料ガスが供給された後に混合され、反応するいわゆるポストミックス方式と、インジェクタから反応容器内に原料ガスが供給される際に、既に第１の原料ガス及び第２の原料ガスが混合され、反応した状態で反応ガスとして供給されるいわゆるプレミックス方式がある。このうち、ポストミックス方式を行うために、反応容器中に複数のインジェクタを設ける場合がある（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１７５４４１号公報
【特許文献２】特開２００４−３４３０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記の成膜装置を用い、反応容器内で第１の原料ガス及び第２の原料ガスを反応させ、基板表面に薄膜を成膜する場合、次のような問題があった。
【００１０】
前述したポストミックス方式の場合、反応容器内に基板が収容されている収容領域の全ての位置で第１の原料ガスの濃度又は第２の原料ガスの濃度を均一にすることが困難な場合がある。従って、反応容器内において基板表面に成膜する薄膜の膜質、膜厚が基板間及び基板面内で均一にならないという問題があった。
【００１１】
一方、前述したプレミックス方式の場合、反応ガスがインジェクタ内を流れる間に、インジェクタの内壁に成膜し、付着してしまう場合がある。特に、成膜最適温度では成膜速度が速いため、第１の原料ガスと第２の原料ガスのほとんどがインジェクタの内壁に成膜し、インジェクタが詰まって原料ガスを供給できないという問題があった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、反応容器内で第１の原料ガス及び第２の原料ガスを反応させ、基板表面に薄膜を成膜する場合において、第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、第１のインジェクタの近傍で均一に混合してから基板に到達させることができ、基板表面に成膜する薄膜の膜質、膜厚を基板間及び基板面内で均一に揃えることができる成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１４】
第１の発明は、反応容器内で第１の原料ガス及び第２の原料ガスを反応させ、基板表面に薄膜を成膜する成膜装置であって、前記反応容器内に設けられ、前記反応容器内に第１の原料ガスを吐出する第１のインジェクタと、前記反応容器内に設けられ、前記反応容器内に第２の原料ガスを吐出する第２のインジェクタとを備え、前記第１のインジェクタは、前記第１の原料ガスを前記基板に向けて吐出する複数の第１の吐出口が設けられ、前記第２のインジェクタは、前記第２の原料ガスを前記基板に向けて吐出する複数の第２の吐出口が設けられ、前記第１の吐出口から吐出された前記第１の原料ガスの流路が、対応する前記第２の吐出口から吐出された前記第２の原料ガスの流路と略同一上にあり、前記第１の原料ガスは、前記第１の吐出口から吐出された後、前記基板に到達する前に、前記第２の原料ガスと混合されることを特徴とする。
【００１５】
第２の発明に係る成膜装置は、第１の発明に係る成膜装置において、前記第１のインジェクタは、前記第２のインジェクタの内部に収容されることを特徴とする。
【００１６】
第３の発明に係る成膜装置は、第２の発明に係る成膜装置において、互いに対応する前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口は、前記反応容器の長手方向に垂直な同一の面に設けられることを特徴とする。
【００１７】
第４の発明に係る成膜装置は、第２又は第３の発明に係る成膜装置において、前記第２のインジェクタの内部に収容されるヒータを備えることを特徴とする。
【００１８】
第５の発明に係る成膜装置は、第２又は第３の発明に係る成膜装置において、前記第２のインジェクタの外部に近接して配置されるヒータを備えることを特徴とする。
【００１９】
第６の発明に係る成膜装置は、第４又は第５の発明に係る成膜装置において、前記ヒータは、前記第１の原料ガス及び前記第２の原料ガスを前記複数の基板の温度よりも高い温度に加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、第１のインジェクタの近傍で均一に混合してから基板に到達させることができ、基板表面に成膜する薄膜の膜質、膜厚を基板面内で均一に揃えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置の構成を示す一部縦断面を含む図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置を説明するための一部横断面を含む図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す横断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す一部縦断面を含む斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置のインジェクタから吐出される第１の原料ガス及び第２の原料ガスが混合される過程を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す横断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す横断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
最初に、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置について説明する。本実施の形態に係る成膜装置は、反応容器内で第１の原料ガス及び第２の原料ガスを反応させ、基板表面に薄膜を成膜する成膜装置である。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る成膜装置の構成を示す一部縦断面を含む図である。図２は、本実施の形態に係る成膜装置を説明するための一部横断面を含む図であり、反応容器並びに反応容器の内部に設けられるインジェクタの横断面をウェハと合わせて示す図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態に係る成膜装置２０は、不図示の真空ポンプ等により排気が可能なチャンバー２１内にポリイミド膜が成膜されるウェハＷを複数設置することが可能なウェハボート２２を有している。また、チャンバー２１内には、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡを供給するためのインジェクタ１０を有している。このインジェクタ１０の側面には開口部が設けられており、気化器により気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが図面において矢印で示すようにウェハＷに供給される。供給された気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡは、ウェハＷ上で反応し蒸着重合によりポリイミド膜が成膜される。なお、ポリイミド膜の成膜に寄与しない気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡ等は、そのまま流れ、排気口２５よりチャンバー２１の外に排出される。また、ウェハＷ上に均一にポリイミド膜が成膜されるようにウェハボート２２は、回転部２６により回転するよう構成されている。更に、チャンバー２１の外部には、チャンバー２１内のウェハＷを一定の温度に加熱するためのヒータ２７が設けられている。なお、チャンバー２１は、本発明の反応容器に相当する。
【００２５】
また、インジェクタ１０には、ＰＭＤＡ気化器２９及びＯＤＡ気化器３０がバルブ３１及び３２を介しそれぞれ接続されており、ＰＭＤＡ気化器２９及びＯＤＡ気化器３０より気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが供給される。
【００２６】
ＰＭＤＡ気化器２９には、高温の窒素ガスをキャリアガスとして供給し、ＰＭＤＡ気化器２９においてＰＭＤＡを昇華させることにより気化した状態で供給する。このため、ＰＭＤＡ気化器２９は、２６０℃の温度に保たれている。また、ＯＤＡ気化器３０では、高温の窒素ガスをキャリアガスとして供給し、高温に加熱され液体状態となったＯＤＡを供給された窒素ガスによりバブリングすることにより、窒素ガスに含まれるＯＤＡの蒸気とし、気化した状態で供給する。このため、ＯＤＡ気化器３０は２２０℃の温度に保たれている。
【００２７】
この後、バルブ３１及び３２を介し、気化したＰＭＤＡ及びＯＤＡが、後述するように、インジェクタ１０内の第１のインジェクタ１１、第２のインジェクタ１２のそれぞれに供給される。なお、ＰＭＤＡ気化器２９からバルブ３１を介して接続されるインジェクタ１０は、２６０℃に保たれている。これは、２６０℃であれば、気化したＰＭＤＡと気化したＯＤＡとをミックスした状態であっても反応することなく、ポリイミド膜が形成されないからである。言い換えれば、インジェクタ１０内において、ポリイミド膜が成膜されることを防ぐためである。
【００２８】
また、ウェハＷは、チャンバー２１に設けられた外部ヒータ２７により、２００℃に加熱されている。ウェハＷの温度を２００℃とすることにより、気化したＰＭＤＡと気化したＯＤＡとが反応しウェハＷ上にポリイミド膜が形成される。
【００２９】
次に、図１乃至図４を参照し、本実施の形態に係る成膜装置のインジェクタの構造について説明する。図３は、本実施の形態に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す横断面図である。また、図４は、本実施の形態に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す一部縦断面を含む斜視図である。
【００３０】
本実施の形態では、図１及び図２に示すように、第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２は、インジェクタ１０として一体に設けられる。チャンバー２１内のウェハＷが上下に配列されて収容される空間を収容領域Ｓとすると、インジェクタ１０は、チャンバー２１の長手方向に沿って延在し、収容領域Ｓの全領域をカバーできるようになっている。また、インジェクタ１０は、収容領域Ｓに第１の原料ガス及び第２の原料ガスを吐出し、後述する第２の吐出口Ｎ２に相当する吐出口Ｎを有する。吐出口Ｎは、長手方向に沿って略所定のピッチで複数形成されており、収容領域Ｓの全領域に対して水平方向で、かつ、基板が収容されているチャンバー２１の中心に向けて第１の原料ガス及び第２の原料ガスを吐出して供給できるようになっている。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、後述するように、第１のインジェクタ１１が、第２のインジェクタ１２の内部に収容されるため、インジェクタ１０の吐出口Ｎは、第２のインジェクタ１２の第２の吐出口Ｎ２に相当する。
【００３２】
また、収容領域Ｓは、ウェハボート２２の長さよりも僅かに上下方向に広く設定されている。第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２からチャンバー２１内へ導入されたガスは、排気口２５から排出される。
【００３３】
図３及び図４に示すように、インジェクタ１０は、第１のインジェクタ１１、第２のインジェクタ１２、ガス加熱ヒータ１３、温度センサ１４を有する。
【００３４】
なお、ガス加熱ヒータ１３は、本発明におけるヒータに相当する。
【００３５】
第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２は、ともに円形の断面形状を有する石英製の管である。第１のインジェクタ１１の径は、第２のインジェクタ１２の径よりも小さく、第１のインジェクタ１１は、第２のインジェクタ１２の内部に収容される。すなわち、第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２は、第１のインジェクタ１１を内管とし、第２のインジェクタ１２を外管とする二重管構造を有する。
【００３６】
第１のインジェクタ１１には、第１の原料ガスを吐出する第１の吐出口Ｎ１が第１のインジェクタ１１の長手方向に沿って複数設けられている。図３に示す断面は、複数のうち１つの第１の吐出口Ｎ１が設けられている位置における第１のインジェクタ１１の長手方向に垂直な断面である。また、同様に、第２のインジェクタ１２にも、第２の原料ガスを吐出する第２の吐出口Ｎ２が、第２のインジェクタ１２の長手方向に沿って複数設けられている。また、図３に示す断面は、複数のうち１つの第２の吐出口Ｎ２が設けられている位置における第２のインジェクタ１２の長手方向に垂直な断面である。すなわち、本実施の形態では、各第１の吐出口Ｎ１と各第２の吐出口Ｎ２とは、１対１で対応しており、１つの第１の吐出口Ｎ１と、その１つの第１の吐出口Ｎ１に対応する第２の吐出口Ｎ２とは、第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２の長手方向、すなわちチャンバー２１の長手方向に沿って、同一の位置に設けられている。換言すれば、互いに対応する第１の吐出口Ｎ１及び第２の吐出口Ｎ２は、第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２の長手方向に垂直な同一の面に設けられる。また、本実施の形態では、チャンバーを縦型に設置した縦型熱処理装置と同様の配置の成膜装置であるため、１つの第１の吐出口Ｎ１と、その１つの第１の吐出口Ｎ１に対応する第２の吐出口Ｎ２とは、同一の高さに設けられている。
【００３７】
図２乃至図４に示すように、第１のインジェクタ１１は、第１の吐出口Ｎ１が、第２のインジェクタ１２の第２の吐出口Ｎ２に近接するように、第２のインジェクタ１２の内部に収容される。また、第１のインジェクタ１１は、第１の吐出口Ｎ１から吐出される第１の原料ガスの吐出方向が、基板が設けられているチャンバー２１の中心の方向を向くように設けられる。また、第２のインジェクタ１２も、第２の吐出口Ｎ２から吐出される第２の原料ガスの吐出方向が、基板が設けられているチャンバー２１の中心の方向を向くように設けられる。一例として、図３に示すように、第１のインジェクタの中心Ｃ１、第２のインジェクタの中心Ｃ２、第１のインジェクタ１１の第１の吐出口Ｎ１、第２のインジェクタ１２の第２の吐出口Ｎ２が、一直線上に配置され、かつ、第２のインジェクタの中心Ｃ２、第１のインジェクタの中心Ｃ１、第１のインジェクタ１１の第１の吐出口Ｎ１、第２のインジェクタ１２の第２の吐出口Ｎ２の順に配置される。このように配置されることにより、本実施の形態に係る成膜装置では、１つの第１の吐出口Ｎ１から吐出された第１の原料ガスの流路ＦＬ１は、対応する１つの第２の吐出口Ｎ２から吐出された第２の原料ガスの流路ＦＬ２と略同一上にある。
【００３８】
ガス加熱ヒータ１３、温度センサ１４は、図３及び図４に示すように、第１のインジェクタ１１を内部に収容する第２のインジェクタ１２の内部であって、第１のインジェクタ１１の外部の空間に収容される。ガス加熱ヒータ１３は、第２のインジェクタ１２の内部の空間を第２のインジェクタ１２の長手方向に沿って、第２のインジェクタ１２の下端（一端）から上端（他端）まで延び、第２のインジェクタ１２の上端（他端）で折り返され、折り返された先端部は、第２のインジェクタ１２の下端（一端）まで延びている。すなわち、ガス加熱ヒータ１３は、第２のインジェクタ１２の長手方向に沿ってＵ字状に形成されている。温度センサ１４は、第２のインジェクタ１２の内部の空間を第２のインジェクタ１２の長手方向に沿って、第２のインジェクタ１２の下端（一端）から上端（他端）方向に向かう途中の位置まで延びている。温度センサ１４として、例えば熱電対、抵抗温度計等を用いることができる。
【００３９】
また、図１に示すように、ガス加熱ヒータ１３のヒータ用給電線１３ａは、温度制御部である温度コントローラ１５により供給電力が制御される電力供給部１６に接続されている。温度センサ１４は、温度コントローラ１５に接続されて第２のインジェクタ１２の内部の温度の温度検出値をフィードバックしている。また、ガス加熱ヒータ１３は、温度センサ１４の温度検出値と設定温度値とに基づいて温度コントローラ１５により発熱量のコントロールが行われる。従って、第１のインジェクタ１１を内部に収容する第２のインジェクタ１２の内部であって、第１のインジェクタ１１の外部の空間に収容されるガス加熱ヒータ１３は、チャンバー２１内の処理雰囲気を加熱するヒータ２７とは独立して、温度コントローラ１５により温度制御され、例えば２００℃から１０００℃の範囲で第１のインジェクタ１１内の第１の原料ガス及び第２のインジェクタ１２内の第２の原料ガスを加熱することができる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る成膜装置において、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置のインジェクタから吐出される第１の原料ガス及び第２の原料ガスが、第１のインジェクタの近傍で均一に混合されてから基板に到達する作用効果について説明する。図５は、本実施の形態に係る成膜装置のインジェクタから吐出される第１の原料ガス及び第２の原料ガスが混合される過程を説明するための図である。また、図５は、図３の小円Iで囲まれた部分を拡大して示す図である。
【００４１】
第１の原料ガスは、図５の紙面に垂直な方向に沿って第１のインジェクタ１１内を流れ、第１の吐出口Ｎ１から第２のインジェクタ１２内に吐出される。また、第１の吐出口Ｎ１から第２のインジェクタ１２内に吐出された第１の原料ガスは、第２のインジェクタ１２の第２の吐出口Ｎ２から、基板が収容されているチャンバー２１の中心に向けて吐出される。一方、第２の原料ガスは、図５の紙面に垂直な方向に沿って第２のインジェクタ１２内を流れ、第２のインジェクタ１２の第２の吐出口Ｎ２から、基板が収容されているチャンバー２１の中心に向けて吐出される。
【００４２】
ここで、前述したように、第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２は、第１のインジェクタ１１の中心Ｃ１、第２のインジェクタ１２の中心Ｃ２、第１のインジェクタ１１の第１の吐出口Ｎ１、第２のインジェクタ１２の第２の吐出口Ｎ２が、同一直線上に配置されており、かつ、第１の吐出口Ｎ１が第２の吐出口Ｎ２に近接するように、設けられている。従って、第１の原料ガスは、図５の小円IIで囲まれた領域において、第１の吐出口Ｎ１及び第２の吐出口Ｎ２を通って直進するような第１の原料ガスの流路ＦＬ１に沿って流れる。また、第２の原料ガスは、第１の原料ガスの流路ＦＬ１の左右又は上下両側から第１の原料ガスの流路ＦＬ１に向けて集まるように流れ、図５の小円IIで囲まれた領域において、第２の吐出口Ｎ２に向けて屈曲するような第２の原料ガスの流路ＦＬ２に沿って流れる。
【００４３】
すなわち、図５の小円IIで囲まれた領域においては、第１の原料ガス及び第２の原料ガスは、ともに第２の吐出口Ｎ２に向けて集まるように流れる。従って、第１の原料ガスの流路ＦＬ１及び屈曲した後の第２の原料ガスの流路ＦＬ２は、略同一となる。また、第１の原料ガスの流路ＦＬ１及び屈曲した後の第２の原料ガスの流路ＦＬ２が略同一となることにより、図５の小円IIで囲まれる領域、特に第２の吐出口Ｎ２の付近の狭い領域において、第１の原料ガスと第２の原料ガスとは混合する。従って、第１の原料ガス及び第２の原料ガスは、インジェクタからチャンバー内に供給される際に均一に混合されながら吐出される。
【００４４】
ここで、第２のインジェクタ１２の内部が、チャンバー内の中心に収容されている基板と同じ温度に制御される場合、基板温度を基板表面に薄膜を成膜するために最適な温度（成膜温度）に制御すると、第２のインジェクタ１２内部も成膜温度に等しくなるため、図５の小円IIで囲まれた領域において第１の原料ガス及び第２の原料ガスが反応し、第２の吐出口Ｎ２の近傍における第２のインジェクタ１２の内壁及び外壁、第１のインジェクタ１１の外壁に成膜し、付着してしまう。
【００４５】
しかしながら、本実施の形態では、ガス加熱ヒータ１３により、第２のインジェクタ１２及び第１のインジェクタ１１の内部を基板の温度である成膜温度よりも高い温度に保持することができる。第１の原料ガスと第２の原料ガスを反応させる場合、成膜に最適な成膜温度よりも高い温度領域では、成膜速度が遅くなる温度領域がある。ガス加熱ヒータ１３により、第２のインジェクタ１２の内部及び第１のインジェクタ１１の内部をこのような成膜温度よりも高い温度に保持することにより、第１の原料ガス及び第２の原料ガスは、インジェクタからチャンバー内に供給される際に均一に混合されるものの、インジェクタ及びインジェクタの近傍でほとんど成膜することがない。その結果、第１の原料ガス及び第２の原料ガスは、インジェクタの近傍で均一に混合された状態を保ちながら、インジェクタの近傍にほとんど消費されることなく基板に到達することができる。その結果、基板表面に成膜する速度を落とすことなく、薄膜の膜質、膜厚を、基板間及び基板面内で均一に揃えることができる。
【００４６】
次に、第１の原料ガスとしてＰＭＤＡを用い、第２の原料ガスとしてＯＤＡを用い、第１及び第２の原料ガスから、ポリイミド薄膜が成膜される蒸着重合について説明する。
【００４７】
図１のＰＭＤＡ気化器２９に含まれ図示しない原料タンク内に、固体原料としてＰＭＤＡを充填した。一方、図１のＯＤＡ気化器３０に含まれ図示しない原料タンク内に、液体原料としてＯＤＡを充填した。チャンバー２１内をヒータ２７で２００℃に加熱し、第１のインジェクタ１１、第２のインジェクタ１２を、ガス加熱ヒータ１３によりそれぞれ２６０℃に加熱した。
【００４８】
次いで、ＰＭＤＡ気化器２９に充填されているＰＭＤＡを、ＰＭＤＡ気化器２９に含まれ図示しない加熱機構で２６０℃に加熱し、またＯＤＡ気化器３０に充填されているＯＤＡを、ＯＤＡ気化器３０に含まれ図示しない加熱機構で１９０℃に加熱した。その後、第１の原料ガスをバルブ３１を介して第１のインジェクタ１１に導入した。また、第２の原料ガスをバルブ３２を介して第２のインジェクタ１２に導入した。第１の原料ガスを第１のインジェクタ１１から第１の吐出口Ｎ１を介して第２のインジェクタ１２に導入し、第２のインジェクタ１２の内部で第１の原料ガス及び第２の原料ガスを混合し、混合した第１の原料ガス及び第２の原料ガスを第２のインジェクタ１２から第２の吐出口Ｎ２を介してチャンバー２１内に導入した。このときのチャンバー２１内の真空度は約０．５Ｔｏｒｒであった。
【００４９】
上記の条件で、ＰＭＤＡ気化器２９内の原料タンク内のＰＭＤＡを一定温度（２６０℃）に維持したまま蒸着重合を行った。このときの蒸着重合は、ＰＭＤＡとＯＤＡとの流量比が、供給されるＰＭＤＡとＯＤＡとの化学量論比が１：１になる状態で行った。このとき、ＰＭＤＡとＯＤＡとの重合反応は、次の式（１）に示す反応式に従って行われた。
【００５０】
【化１】
2010219145.tif 000003
以上、本実施の形態に係る成膜装置によれば、第１の原料ガスを吐出する第１の吐出口が複数形成された第１のインジェクタを、第２の原料ガスを吐出する第２の吐出口が複数形成された第２のインジェクタの内部に収容する。第１のインジェクタを第２のインジェクタの内部に収容する際に、第１の原料ガスの流路が第２の原料ガスの流路と略同一上になるように、すなわち各第１の吐出口が対応する各第２の吐出口の近傍になるように、配置する。これにより、第１の原料ガス及び第２の原料ガスは、第１のインジェクタの近傍で均一に混合されてから基板に到達するため、基板表面に成膜する薄膜の膜質、膜厚を基板間及び基板面内で均一に揃えることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、互いに対応する第１の吐出口及び第２の吐出口は、第１のインジェクタ及び第２のインジェクタの長手方向に垂直な同一の面に設けられるが、互いに近接して設けられればよく、第１のインジェクタ及び第２のインジェクタの長手方向に垂直な同一の面に設けられなくてもよい。すなわち、縦型熱処理装置と同様な構成を有し、長手方向が水平面に対して垂直である場合には、第１の吐出口及び第２の吐出口は同一の水平面に設けられず、互いに多少の高低差があってもよい。
【００５２】
また、本実施の形態では、第１の吐出口及び第２の吐出口は、それぞれ複数設けられているが、複数でなくてもよく、１つずつ設けられてもよい。第１の吐出口及び第２の吐出口がそれぞれ１つずつ設けられる場合でも、図３に示すような断面構造を有するように設けられていれば、第１の原料ガス及び第２の原料ガスは、第１のインジェクタの近傍で均一に混合されてからチャンバー内に供給されるため、基板表面に成膜する薄膜の膜質、膜厚を基板間及び基板面内で均一に揃えることができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、第１のインジェクタは、反応容器であるチャンバーの長手方向に沿って設けられるが、処理領域Ｓにおいて基板に均一に第１の原料ガスを供給することができるのであれば、反応容器であるチャンバーの長手方向に沿って設けられなくてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、第２のインジェクタも、反応容器であるチャンバーの長手方向に沿って設けられるが、処理領域Ｓにおいて基板に均一に第２の原料ガスを供給することができるのであれば、反応容器であるチャンバーの長手方向に沿って設けられなくてもよい。
【００５５】
また、本実施の形態では、第１のインジェクタは、第１の原料ガスを反応容器であるチャンバーの長手方向に垂直に基板に向けて吐出する複数の第１の吐出口が反応容器であるチャンバーの長手方向に沿って設けられるが、処理領域Ｓにおいて基板に均一に第１の原料ガスを供給することができるのであれば、反応容器であるチャンバーの長手方向に沿って設けられなくてもよく、また、第１の原料ガスを長手方向に垂直に基板に向けて吐出しなくてもよい。
【００５６】
また、本実施の形態では、第２のインジェクタも、第２の原料ガスを反応容器であるチャンバーの長手方向に垂直に基板に向けて吐出する複数の第２の吐出口が反応容器であるチャンバーの長手方向に沿って設けられるが、処理領域Ｓにおいて基板に均一に第２の原料ガスを供給することができるのであれば、反応容器であるチャンバーの長手方向に沿って設けられなくてもよく、また、第２の原料ガスを長手方向に垂直に基板に向けて吐出しなくてもよい。
（第１の実施の形態の第１の変形例）
次に、図６を参照し、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例について説明する。図６は、本変形例に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す横断面図である。ただし、以下の文中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある（以下の変形例及び実施の形態についても同様）。
【００５７】
本変形例に係る成膜装置のインジェクタは、ヒータをインジェクタ内部に収容しない点で、第１の実施の形態と相違する。
【００５８】
図６を参照するに、第１の実施の形態に係る成膜装置のインジェクタ１０において、ガス加熱ヒータ１３が第１のインジェクタ１１を収容する第２のインジェクタ１２の内部であって、第１のインジェクタ１１の外部に収容されているのと相違し、本変形例に係る成膜装置のインジェクタ１０ａでは、ガス加熱ヒータ１３が第１のインジェクタ１１を収容する第２のインジェクタ１２の外部に設けられている。
【００５９】
また、図６に示す例では、ガス加熱ヒータ１３とともに、例えば熱電対である温度センサ１４も、第２のインジェクタ１２の外部に設けられている。
【００６０】
ガス加熱ヒータ１３及び温度センサ１４は、第１のインジェクタ１１を流れる第１の原料ガス、第２のインジェクタ１２を流れる第２の原料ガスを、基板温度よりも高い温度に保持するためのものであるため、第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２の近傍にあることが望ましい。しかしながら、第１の原料ガスの温度及び第２の原料ガスの温度を制御することができるのであれば、第１の実施の形態のように、第１のインジェクタ１１を収容する第２のインジェクタ１２の内部であって、第１のインジェクタ１１の外部に設けられていなくてもよく、図６に示すように、第１のインジェクタ１１を収容する第２のインジェクタ１２の外部に設けられていてもよい。
【００６１】
ガス加熱ヒータ１３及び温度センサ１４が第１のインジェクタ１１を収容する第２のインジェクタ１２の外部に設けられることにより、第２のインジェクタ１２を流れる第２の原料ガスがガス加熱ヒータ１３又は温度センサ１４の外壁に付着するおそれが減少する。また、第２のインジェクタ１２の管の径を所定の値にする場合、第２のインジェクタ１２の内部であって第１のインジェクタ１１の外部であり、第２の原料ガスが流れる領域の断面積が増大するため、例えば第２のインジェクタ１２の径を増大させることなく第１のインジェクタ１１の径を増大させることができる。このように、インジェクタの配置及び構造の設計の自由度が増大する。
（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に、図７を参照し、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例について説明する。図７は、本変形例に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す横断面図である。
【００６２】
本変形例に係る成膜装置のインジェクタは、第１のインジェクタ及び第２のインジェクタが、ともに矩形の断面形状を有する点で、第１の実施の形態と相違する。
【００６３】
図７を参照するに、第１の実施の形態に係る成膜装置のインジェクタ１０において、第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２が、ともに円形の断面形状を有するのと相違し、本変形例に係る成膜装置のインジェクタ１０ｂでは、第１のインジェクタ１１ａ及び第２のインジェクタ１２ａが、ともに矩形の断面形状を有する。
【００６４】
インジェクタ１０ｂを構成する第１のインジェクタ１１ａ及び第２のインジェクタ１２ａは、ともに矩形の断面形状を有するメタル製（例えばＳＵＳ製、アルミニウム製）の管である。第１のインジェクタ１１ａの断面寸法は、第２のインジェクタ１２ａの断面寸法よりも小さく、第１のインジェクタ１１ａは、第２のインジェクタ１２ａの内部に収容される。従って、第１の実施の形態と同様に、第１のインジェクタ１１ａ及び第２のインジェクタ１２ａも、第１のインジェクタ１１ａを内管とし、第２のインジェクタ１２ａを外管とする二重管構造を有する。
【００６５】
また、第１の実施の形態と同様に、第１のインジェクタ１１ａには、第１の原料ガスを吐出する第１の吐出口Ｎ１が第１のインジェクタ１１ａの長手方向に沿って複数設けられている。同様に、第２のインジェクタ１２ａにも、第２の原料ガスを吐出する第２の吐出口Ｎ２が、第２のインジェクタ１２ａの長手方向に沿って複数設けられている。また、各第１の吐出口Ｎ１と各第２の吐出口Ｎ２とは、１対１で対応しており、１つの第１の吐出口Ｎ１、及びその１つの第１の吐出口Ｎ１に対応する第２の吐出口Ｎ２は、第１のインジェクタ１１ａ及び第２のインジェクタ１２ａの長手方向、すなわちチャンバー２１の長手方向に沿った同一の位置に設けられている。
【００６６】
また、図７に示すように、第１のインジェクタ１１ａの第１の吐出口Ｎ１、第２のインジェクタ１２ａの第２の吐出口Ｎ２が、近接して配置され、１つの第１の吐出口Ｎ１から吐出された第１の原料ガスの流路ＦＬ１は、対応する１つの第２の吐出口Ｎ２から吐出された第２の原料ガスの流路ＦＬ２と略同一になる。
【００６７】
本変形例に係る成膜装置では、ガス加熱ヒータ１３ｂ、及び図示しない温度センサを、第１のインジェクタ１１ａを内部に収容する第２のインジェクタ１２ａの外部であって、第２のインジェクタ１２ａの近傍に設けることができる。ガス加熱ヒータ１３ｂ、及び図示しない温度センサを第２のインジェクタ１２ａの近傍に設けることにより、例えば２００℃から１０００℃の範囲で第１のインジェクタ１１ａ内の第１の原料ガス及び第２のインジェクタ１２ａ内の第２の原料ガスを加熱することができる。また、図７に示すように、第１のインジェクタ１１ａ、第２のインジェクタ１２ａ、ガス加熱ヒータ１３ｂは、チャンバー２１の下端においてＬ字状に横に曲げられた部分１１ｂ、１２ｂ、１３ｃを有する。
【００６８】
本変形例に係る成膜装置では、矩形断面を有する例えばメタル製（例えばＳＵＳ製、アルミニウム製）の管を用いてインジェクタを構成することができるため、製造コストを低減することができるとともに、インジェクタの配置及び構造の設計の自由度が増大する。
（第２の実施の形態）
次に、図８を参照し、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は、本実施の形態に係る成膜装置のインジェクタの構成を模式的に示す横断面図である。
【００６９】
本実施の形態に係る成膜装置のインジェクタは、第１のインジェクタが第２のインジェクタの内部に収容されていない点で、第１の実施の形態と相違する。
【００７０】
図８を参照するに、第１の実施の形態に係る成膜装置のインジェクタ１０において、第１のインジェクタ１１が第２のインジェクタ１２の内部に収容されているのと相違し、本実施の形態に係る成膜装置のインジェクタ１０ｃは、隣接する第１のインジェクタ１１ｃ及び第２のインジェクタ１２ｃに仕切られている。
【００７１】
インジェクタ１０ｃの第１のインジェクタ１１ｃ及び第２のインジェクタ１２ｃは、ともに矩形の断面形状を有する。第１のインジェクタ１１ｃ及び第２のインジェクタ１２ｃは、図８に示すように、吐出口Ｎを基板側の側面に有し、矩形の断面形状を有するインジェクタ１０ｃが、吐出口Ｎの近傍で連通する２部屋に仕切られてなる。第１の実施の形態と同様に、インジェクタ１０ｃは、チャンバー２１の長手方向に延在し、収容領域Ｓの全領域をカバーできるようになっている。
【００７２】
インジェクタ１０ｃには、長手方向に沿って略所定のピッチで複数の吐出口Ｎが形成されており、収容領域Ｓの全領域に対して水平方向で、かつ、基板が収容されているチャンバー２１の中心に向けて第１の原料ガス及び第２の原料ガスを吐出して供給できるようになっている。図８に示す断面は、複数のうち１つの吐出口Ｎが設けられている位置におけるインジェクタ１０ｃの長手方向に垂直な断面である。また、インジェクタ１０ｃが仕切られてなる２つの部屋である第１のインジェクタ１１ｃ及び第２のインジェクタ１２ｃのそれぞれには、各吐出口Ｎと対応する位置で、第１の吐出口Ｎ１、第２の吐出口Ｎ２が形成されている。すなわち、第１のインジェクタ１１ｃ及び第２のインジェクタ１２ｃとは、第１の吐出口Ｎ１、第２の吐出口Ｎ２が形成されている位置で互いに連通している。
【００７３】
本実施の形態では、第１のインジェクタ１１ｃの第１の吐出口Ｎ１から吐出された第１の原料ガスは、図８の小円IIIで囲まれた領域を通り、吐出口Ｎを通ってインジェクタ１０ｃから吐出される。また、第２のインジェクタ１２ｃの第２の吐出口Ｎ２から吐出された第２の原料ガスも、図８の小円IIIで囲まれた領域を通り、吐出口Ｎを通ってインジェクタ１０ｃから吐出される。また、第１の吐出口Ｎ１及び第２の吐出口Ｎ２は互いに近接している。従って、本実施の形態でも、１つの第１の吐出口Ｎ１から吐出された第１の原料ガスの流路ＦＬ１は、対応する１つの第２の吐出口Ｎ２から吐出された第２の原料ガスの流路ＦＬ２と略同一になる。また、第１の原料ガスの流路ＦＬ１及び第２の原料ガスの流路ＦＬ２が略同一となることにより、図８の小円IIIで囲まれた領域、特に吐出口Ｎの付近の狭い領域において、第１の原料ガスと第２の原料ガスとは混合する。従って、第１の原料ガス及び第２の原料ガスは、インジェクタからチャンバー内に供給される際に均一に混合されながら吐出される。
【００７４】
本実施の形態では、インジェクタ１０ｃがメタル製（例えばＳＵＳ製、アルミニウム製）の矩形の断面形状を有する管よりなるため、第１のインジェクタ１１ｃ、第２のインジェクタ１２ｃ、ガス加熱ヒータ１３ｂは、チャンバー２１の下端においてＬ字状に横に曲げられた部分１１ｄ、１２ｄ、１３ｃを有する。
【００７５】
本実施の形態では、第１のインジェクタを第２のインジェクタの内部に収容する構造を有していない。しかしながら、第１のインジェクタを第２のインジェクタと隣接させ、かつ、１つの第１の吐出口と、その１つの第１の吐出口に対応する１つの第２の吐出口とが近接するように設けることにより、第１の原料ガスの流路が第２の原料ガスの流路と略同一になる。その結果、第１の吐出口から吐出された第１の原料ガスを、インジェクタの近傍で第２の原料ガスと均一に混合してから基板に到達させることができ、基板表面に成膜する薄膜の膜質、膜厚を基板間及び基板面内で均一に揃えることができる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、インジェクタが仕切られて第１のインジェクタ及び第２のインジェクタが設けられているため、第１のインジェクタ及び第２のインジェクタは一体に設けられているが、第１の吐出口と第２の吐出口が近接すればよく、第１のインジェクタ及び第２のインジェクタは別体で設けられてもよい。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  インジェクタ
１１、１１ａ、１１ｃ  第１のインジェクタ
１１ｂ、１１ｄ、１２ｂ、１２ｄ、１３ｃ  部分
１２、１２ａ、１２ｃ  第２のインジェクタ
１３、１３ｂ  ガス加熱ヒータ
１４  温度センサ
１５  温度コントローラ
１６  電力供給部
２０  成膜装置
２１  チャンバー（反応容器）
２２  ウェハボート
２５  排気口
２７  ヒータ
２９  ＰＭＤＡ気化器
３０  ＯＤＡ気化器
３１、３２  バルブ
ＦＬ１  第１の原料ガスの流路
ＦＬ２  第２の原料ガスの流路
Ｎ  吐出口
Ｎ１  第１の吐出口
Ｎ２  第２の吐出口
Ｓ  収容領域
Ｗ  ウェハ
【図１】
2010219145.tif 000004
【図２】
2010219145.tif 000005
【図３】
2010219145.tif 000006
【図４】
2010219145.tif 000007
【図５】
2010219145.tif 000008
【図６】
2010219145.tif 000009
【図７】
2010219145.tif 000010
【図８】
2010219145.tif 000011